化工企业电气设计与安装应当注意的问题探究.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯动 力 与 电 气 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯化工企业电气设计与安装应当注意的问题探究曹明祥(广州华立科技职业学院 广东广州 511325)摘要：安全、环保、维稳、资金流是企业工作的4条底线，化工企业一旦供电中断或电气线路出现故障，很有可能造成重大的安全、环保事故，且导致人员伤亡、生产停顿、设备损坏，甚至生态遭受严重的破坏。该文介绍了化工企业的生产特点，以及用电负荷等级的划分；论述了化工企业电气设计中应当注意的5个问题：主回路的供电方案；变电所（自备电站）的位置选择；腐蚀性、易燃易爆环境下，如何做好防雷、防静电设计；电气设备如何选型；电缆敷设和线路安装过程中应当注意的问题。该文阐述的依据是 化工生产企业电气设计安全要求，可以为化工生产企业的电气设计、安装和企业管理提供参考。关键词：化工企业 电气设计 电气安装 供电中图分类号：TQ083文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0078-04Several Problems to be Paid Attention to in Electrical Design and Installation in Chemical EnterprisesCAO Mingxiang(Guangzhou Huali Science and Technology Vocational College,Guangzhou,Guangdong Province,511325 China)Abstract:Safety,environmental protection,stability maintenance and capital flow are the four bottom lines of enterprise work.Once the power supply of a chemical enterprise is interrupted or the electrical circuit fails,it may cause major safety and environmental accidents,resulting in casualties,production stoppage,equipment damage and even serious ecological damage.This paper introduces the production characteristics of chemical enterprises and the classification of power load classes,discusses five major problems that should be paid attention to in the electrical design of chemical enterprises,including the power supply scheme of main circuit,location selection of substations(self-provided power plant),how to do a good job in lightning protection and anti-static design in the corrosive,flammable and explosive environment,how to select the type of electrical equipment,and several problems that should be paid attention to during cable laying and line installation.This paper is based on the Safety Requirements for Electrical Design of Chemical Production Enterprises,which can provide reference for electrical design and installation and enterprise management of chemical production enterprises.Key Words:Chemical enterprise;Electrical design;Electrical installation;Power supply相较于其他企业，化工企业的生产具有高温、高压、高真空、易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强等特点。其生产过程中潜在的危险因素较多，稍有不慎就会造成重大的人身与设备安全事故，导致腐蚀性气体泄漏，污染周边环境，形成环保事故。化工企业对供电的可靠性、安全性提出了较高的要求，因此，在电气设计阶段DOI：10.16661/ki.1672-3791.2210-5042-5803作者简介：曹明祥（1965），男，本科，讲师，工程师，研究方向为电气工程及其自动化。78SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 动 力 与 电 气科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION就必须充分考虑供电方案的回路数，以及防腐、防爆、防雷击、防静电的问题，该文主要对化工企业的生产特点进行了阐述，继而说明化工企业的负荷性质，着重强调电气设计过程中应当重点考虑的问题。1 化工企业的生产特点（1）物料危险性大。生产过程中的原材料、中间产品和成品，大部分是有毒有害、有腐蚀性、易燃易爆的危化品。（2）工艺条件要求苛刻，生产过程具有高温、高压、密闭性、比例性、连续性等特点。化学反应有些在高温、高压下进行；有的在低温、负压下进行；加工环节自动控制，不能随意中断，要求生产连续进行。（3）生产设备、设施具有复杂性。化工企业的一个显著特点是管道纵横交错，各种大大小小的反应装置与压力容器遍布全厂。（4）控制方式高度自动化。PLC、DCS、FCS、工业以太网等自动化技术已渗透到化工生产的各个环节。上述化工企业的生产特点，要求严格周密，不能有丝毫的马虎大意，稍有不慎，就容易发生有毒有害气体泄漏，污染生态，出现急性或慢性中毒、化学灼伤，甚至发生火灾、爆炸等特大安全事故。2 化工企业用电负荷等级的划分根据化工企业用电负荷的性质，以及事故停电在经济上、安全环保上造成的损失或影响程度，对用电设备提出的不中断供电要求，将化工用电负荷分为类、类、类、0类（不停电负荷）、0类（直流保安负荷）、0类（交流保安负荷）六大类1。（1）类负荷是指中断供电将造成重大的人身伤亡、设备安全及环保事故，在政治上、经济上造成重大损失的用电负荷。例如：冶金车间的炼钢炉、矿山巷道的通风设施、干法氟化铝厂的真空泵、中央吸收风机等负荷。（2）类负荷是指中断供电将造成较大的政治、经济损失；产生大量的工业废品，重大设备损坏，或者公共场所秩序混乱，但采取适当措施能够避免的用电负荷。很多大中型化工企业就属于类用电负荷。（3）类负荷是对供电没有特殊要求，较长时间的停电，对生产、生活不会产生重大影响的负荷，如试验室、检修车间等。（4）0类负荷是不停电负荷。是生产设备启动、运行和停机过程中，需要用来测量、监视、控制电气设备启停的负荷，如监控用的计算机与DCS、FCS系统等。（5）0类负荷是直流保安负荷，是电力设备继电保护装置以及备自投、重合闸等自动装置、信号回路、控制回路等由直流系统供电的负荷。（6）0类是交流保安负荷，要求在停机过程中或停机后短时间内仍可保证供电。3 化工企业电气设计应注意的问题3.1 根据负荷等级选择电源回路数与备用电源的投入方式（1）类负荷。应当接到两个独立的电源上，采用双回路供电；电源的备用方式，可以“明备”，也可以“暗备”；应当采用自动投入方式，安装APD（备自投）。（2）类负荷。宜采用双回路供电；电源的备用方式必须是热备用，可以“明备”，也可以“暗备”；可以手动投入，也可以自动投入，但最好是安装APD（备自投）。（3）类负荷。对供电没有特殊的要求，一般由一个电源供电。（4）对于具有计算机控制系统的0类负荷，必须采用专门的UPS供电。（5）0、0类保安负荷，必须设置蓄电池组、逆变器或柴油发电机组作为事故保安电源，并能自动投入。3.2 确定化工企业主回路的接线方式一般中小型化工企业都是双回路进线，并且有2台主变。普遍采用单母线分段接线（很少采用双母线或双母线分段，因为倒闸操作比较麻烦），主接线图见图12。APD可以安装在进线断路器1QF、4QF上，也可以安装在中间母联3QF上。3.3 应合理选择总降压变电所、车间变电所、自备电站所址（站址）总降压变电所或车间变电所、自备电站的地址必须选择合理，要按照“一个中心”“两个方便”“四个远离”的原则来确定变电所的最佳位置。（1）“一个中心”就是所址尽量靠近工厂用电的负荷中心，降低配电系统的线损、电压降以及工程造价。（2）“两个方便”就是方便进出线，有进线和出线的安全走廊；同时方便变压器、断路器等大型构件的运输、吊装和检修。（3）“四个远离”就是远离低洼积水的地方；远离易79SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯动 力 与 电 气 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯燃易爆的场所；远离腐蚀性的气体和粉尘；远离剧烈振动的场所3。3.4 应考虑化工环境对电气装置的防腐要求对于腐蚀性环境的电气设计，主要依据的设计规范是 化工企业腐蚀性环境电力设计技术规定（HG/T 20666-1999）。（1）应根据防腐环境的类别（轻、中、强）选择相应的防腐电气产品，对于电气设备所处的场所属于哪一类腐蚀性环境必须要有一个明确、清晰的了解。例如：有SO2腐蚀性环境，也有盐雾腐蚀性环境，各种环境对于电气设备防腐类型及材质的选择都不一样；户内和户外的防腐电气产品也不能通用；气候条件超出了-20 C（或-25 C）或者腐蚀性物质释放的严酷度超出了3级范围的上限，都必须由用户或设计部门提出特殊订货要求。电气产品的防腐级别分为户内防中等腐蚀型（F1）、户内防强腐蚀型（F2）、户外防轻腐蚀型（W）、户外防中等腐蚀型（WF1）、户外防强腐蚀型（WF2）5种。电气设备应根据环境类别，按HG/T 20666-1999的表5.0.2-1的要求选择相应的防腐电气产品，如电动机必须选用防护式或封闭式电机。（2）对于具有化学腐蚀性环境的电气设施，为了避免化学性物质的侵入，在电气设备的外壳出入口及接缝间隙应采取密封的措施；在外壳及其附件的表面涂漆，使金属与腐蚀性物质相隔绝，可以避免电气设施的金属外壳遭受化学腐蚀。（3）所有重要的电气装置应当远离腐蚀性化学物质。与各类腐蚀性环境的最小防护间距应当符合有关规定。例如：总变电所或配电装置距离类腐蚀性环境（中腐蚀）的距离应当达到3050 m；距离类腐蚀性环境（强腐蚀）的距离应达到5080 m。（4）对于低压电气控制用的变频器和PLC等电力电子设备，应当安装在相对密闭的配电室或者主控室，远离腐蚀性的气体和尘埃。并且有相应的散热措施，在配电室安装空调，保证这些精密电力电子设备有良好的工作环境。（5）配电线路应按HG/T 20666-1999要求，采取有效的防腐措施，具体的措施如下。第一，电缆的材质必须选用耐腐蚀的聚烯烃绝缘聚氯乙烯护套电缆（如HYAT或HTVV），吊车上的移动电缆可以采用硅橡胶扁平电缆。第二，电缆的敷设方式必须注意。含有腐蚀性的有机物质、腐殖质以及矿渣、石灰等强烈的酸碱物质的土壤中，不允许直接埋设电缆。可以采用钢索悬挂敷设，也可以采用桥架敷设。如果遇到气体管道或热力管道，电气桥架在下方；遇到液体管道，桥架安装在上方。第三，电线采用穿管敷设时，保护管应当采用热镀锡、热镀锌的钢管，或采用耐腐蚀的塑料管敷设。图1 主接线图80SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 动 力 与 电 气科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION3.5 应考虑爆炸和火灾危险环境电力装置的设计（1）爆炸性气体环境应按规定做好危险区域的划分。由工艺技术人员提供各种可燃性危险物质明细表及其特性，以及各区域的释放源明细表，即划定0区、1区、2区。在实际设计过程中，0区和1区很少涉及，大多数情况属于2区。（2）应注意电气装置和电气设备的布置范围。变、配电所和控制室的位置应远离爆炸危险区域4，不管是户外式还是户内式，其建筑物外墙或围墙的距离都应大于等于30 m。有正压室措施时，可以布置在1区或2区内，但多数企业的变、配电所(包括配电室)和控制室布置在2区，很少布置在1区。易燃物质比空气密度大的爆炸性气体环境，变、配电所和控制室的室内地面应高出室外0.6 m5-6。因为附加2区0.6 m以内的区域还会有危险气体存在，地面抬高0.6 m是为了避免危险气体进入配电室和控制室而采取的措施。（3）应根据爆炸危险划分的0区、1区、2区，选择合适的防爆电气产品，同时符合现行国家标准。化工企业防爆厂房一般选用隔爆型、增安型、正压型、无火花型，如电动机必须选择封闭式、防爆式电机，开关也必须采用防爆式开关。（4）注意电气线路的敷设方式。第一，电气线路应远离爆炸危险的环境敷设。第二，要注意易燃物质与空气的密度，分别采用不同的敷设方式：比空气重时，电气线路应采用电缆桥架在高处敷设或直接埋地敷设；比空气轻时，宜采用电缆沟敷设或在较低处敷设。第三，有爆炸危险的建筑物，电气线路宜在墙外敷设；线路敷设所穿过的不同区域，应采用非燃性材料严密堵塞墙壁或楼板处的孔洞。第四，禁止将电缆平行敷设在各种管道的上面或下面。如果只有一小段，应注意与热力管道、石油煤气管道、水管的距离必须符合要求。（5）在1区和2区内应尽量采用铜芯电缆；因为铜芯电缆电阻率低，导电性能良好。在高温环境下，应选用耐高温的阻燃电缆。同时，电缆进入用电设备接线盒的方式，应考虑防爆措施。（6）做好防雷、防静电的设计。第一，第、类防雷建筑物中有火灾爆炸危险的化工场所，应设置可靠的防雷保护装置，按分类要求，有防直击雷、侵入雷和感应雷的措施。第二，建筑物低压进线，对高电位引入的防护方法，如果要求比较高，可以装设低压阀式避雷器或23 mm放电间隙；如果采用电缆进线，可以采用一段具有金属外皮的电缆埋地引入，并在电缆首端装设低压阀式避雷器。第三，电气设备的保护接地、工作接地装置与独立避雷针的防雷接地装置应单独分开。第四，防爆厂房中，金属管道、容器、构件及操作平台很多。电气管道大多是明敷设，管线长短不一，很容易形成不同的感应电位和静电电位，为了防止不同金属构件之间电荷释放而产生火花，一定要采取防静电的接地措施。4 结语化工企业是一个易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强的场所，具有高温、高压、高真空的特点，环境复杂，危险因素多，应注意如下几点：（1）尽量采用双回路供电，并且安装备自投自动投切（APD），提高供电的可靠性，对PLC、DCS、FCS，以及中心控制室的监控主机采用UPS供电；（2）建设自备电站或安装柴油发电机、直流蓄电池、逆变电源为0类、0类保安负荷供电，总降压变电站、车间变电站、自备电站的位置应安排在工厂的上风口，远离腐蚀性的气体与粉尘和易燃易爆的场所；（3）选择防腐、防爆的电器产品；（4）做好防雷、防静电设计；（5）电缆和电气线路的走向按设计规范敷设。通过上述措施，可最大程度地保证化工企业安全、平稳的供电，提高供电的可靠性，防止火灾、爆炸等安全、环保事故的发生。参考文献1 董鸿章,窦明,杨亚红.化工企业电气设计中的常见问题及处理办法J.化工管理,2021(3):62-63.2 孙井胜,田春波,胡春生,等.化工企业电气设计中的问题与对策分析J.能源技术与管理,2022,47(1):198-200.3 吴兵建.化工企业电气设计中的常见问题及对策探究J.河南化工,2020,37(5):52-54.4 葛峻臣.化工电气设计中的问题和解决措施J.中国住宅设施,2019(9):73-74.5 闫盼盼.食品添加剂生产企业安全风险识别与评估研究D.北京:北京化工大学,2019.6 罗宇鹏.南堡油田2-3地面工程风险分析与安全设施设计D.唐山:华北理工大学,2018.81